JP2002113723A

JP2002113723A - マイクロ構造体アレイ、及びその作製方法

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Publication number: JP2002113723A
Application number: JP2000308688A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Tejima; 隆行手島
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-10-10
Filing date: 2000-10-10
Publication date: 2002-04-16
Anticipated expiration: 2020-10-10
Also published as: JP3610297B2

Abstract

(57)【要約】【課題】マイクロ構造体の形状の制御が容易で、隣接す
るレンズなどのマイクロ構造体間の未使用領域を容易に
無くし得るマイクロレンズアレイ用金型などであるマイ
クロ構造体アレイ、及びその作製方法である。【解決手段】マイクロ構造体アレイの作製方法におい
て、基板1上に熱可塑材料層2を所望のマイクロ構造体ア
レイの配列に応じて所望の形状でパターニングし、離散
状態においてパターニングした熱可塑材料層2を熱処理
にて変形させ、変形した熱可塑材料層2面及び基板2上に
連続膜3を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光エレクトロニク
ス分野等で使用されるマイクロレンズアレイなどのマイ
クロ構造体アレイを作製するための金型（本明細書で
は、特に区別する場合を除いて、金型と言う場合は金型
及び金型マスターを含めた意味で使用する）などの作製
方法等に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】マイクロレンズアレイは、直径数μｍか
ら数１００μｍの微小な略半球状のレンズを複数配置し
たものであり、液晶表示装置、受光装置、光通信システ
ムにおけるファイバー間接続等の様々な用途に使用され
るようになってきた。

【０００３】一方、発光素子間隔を狭くできアレイ化が
容易な面発光レーザー等の開発が進み、レンズアレイの
間隔を狭くでき開口数（ＮＡ）の大きなマイクロレンズ
の要求が高まっている。

【０００４】受光素子においても同様に、半導体プロセ
ス技術の発達に伴い、素子間隔が狭まり、ＣＣＤ等に見
られるように、ますます受光素子の小型化がなされてい
る。この結果、ここでも、レンズ間隔の狭い、開口数の
大きなマイクロレンズアレイが必要となっている。この
様なマイクロレンズでは、レンズ面に入射する光の利用
効率が高い高集光率のマイクロレンズが望まれている。

【０００５】さらに、今後期待される光情報処理分野で
ある光並列処理・演算、光インターコネクション等にお
いても、同様の要望がある。

【０００６】また、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）
等の自発光型のディスプレイ装置の研究開発もさかんに
行われ、高精細且つ高輝度のディスプレイの提案がなさ
れている。この様なディスプレイにおいては、小型且つ
開口数の大きなマイクロレンズアレイに加えて、低コス
トで大面積のマイクロレンズアレイの要求がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上の様な状況におい
て、従来、イオン交換法（M. Oikawa, et al., Jpn. J.
Appl. Phys. 20(１) L51-54, 1981）を用いて多成分ガ
ラスからなる基板上の複数の箇所を高屈折率化して、複
数のレンズを形成する様にしたマイクロレンズアレイの
製造方法が知られている。しかしながら、この方法で
は、レンズ同士の間隔に比べてレンズの開口径を大きく
とれず、開口数の大きなレンズの設計が困難であった。

【０００８】また、大面積のマイクロレンズアレイを作
製するにはイオン拡散装置等の大規模な製造装置が必要
とされ、製造が容易でないという問題もあった。また、
金型を用いたモールディングに比べてガラス毎にイオン
交換工程を施す必要があり、製造装置の作製条件管理を
十分に行わないと、レンズの品質、例えば焦点距離のば
らつきがロット間で大きくなるという問題があった。ま
た、この方法は、金型を用いた方法に比べて、割高にな
る。

【０００９】さらに、イオン交換法では、ガラス基板中
に被イオン交換用のアルカリイオンが必須となり、基板
材料がアルカリガラスに限定されアルカリイオンフリー
を前提とする半導体をベースとする素子との適合性が悪
い。さらに、ガラス基板そのものの熱膨張係数が受光装
置や発光装置の基板の熱膨張係数と大きく異なる為に、
素子の集積密度が増加するに伴い、熱膨張係数の不整合
によるミスアライメントが発生する。また、元来、ガラ
ス表面のイオン交換法は、表面に圧縮歪みを残すことが
知られており、どうしてもガラス表面の残留応力と反り
変形のトレードオフの課題が生じ、マイクロレンズアレ
イが大判化するに従い受光装置や発光装置の基板との接
着・接合が困難となってくる。

【００１０】他の方法としては、マイクロレンズアレイ
の原版を作製し、原版にレンズ材料を塗布し、塗布した
レンズ材料を剥離して作製する方法がある。原版となる
金型の作製に当たっては、電子ビームを用いて描画する
方法（特開平１−２６１６０１号公報）、金属板の一部
をエッチングし形成する方法（特開平５−３０３００９
号公報）がある。これらの方法は、モールディングにて
マイクロレンズを複製することができ、ロット毎のばら
つきが発生しにくく、また低コストにて作製することが
可能である。また、イオン交換法に比べて熱膨張係数差
に伴うアライメント誤差の発生や反り等の問題を回避で
きる。しかしながら、電子ビームを用いる方法では、電
子ビーム描画装置が高価であり多額の設備投資が必要と
なること、描画面積が制限されているために、１０ｃｍ
角以上の大面積の原版を作製するのが困難であること等
の問題がある。

【００１１】また、エッチングする方法では、主として
化学反応を利用した等方性エッチングを用いるため、金
属板の組成や結晶構造がわずかでも変化すると所望の形
状にエッチングできなくなるという問題がある。また、
エッチングする方法では、所望の形状が得られた時点で
直ちに水洗しないとエッチングが継続する。微小なマイ
クロレンズを形成する場合には、所望の形状が得られた
時点から水洗に至るまでの時間に進行するエッチングに
より、所望の形状から逸脱する場合がある。

【００１２】他の方法としては、レジストリフロー法
（D. Daly, et al., Proc. MicrolensArrays Teddingto
n., p23-34, 1991）がある。この方法では、基板上に形
成した樹脂をフォトリソグラフィプロセスを利用して円
筒状にパターニングし、加熱しリフローさせてマイクロ
レンズアレイを作製する。この方法により、様々な形状
のレンズを低コストで作製することが可能である。ま
た、イオン交換法に比べて熱膨張係数や反り等の問題が
ない。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このレ
ジストリフロー法では、隣接するレンズ同士がリフロー
により接触すると表面張力により所望のレンズ形状を保
つことができなくなる。すなわち、隣接するレンズを触
させてレンズ間の光未使用領域を小さくし高集光率化す
ることが困難である。

【００１４】本発明は、上記従来技術の有する問題点に
鑑み成されたものであり、その目的は、(1)レンズなど
のマイクロ構造体の形状の制御が容易で、(2)比較的安
価に作製可能で、(3)隣接するレンズなどのマイクロ構
造体間の未使用領域を容易に無くし得る、マイクロレン
ズアレイなどのマイクロ構造体アレイ用の金型などであ
るマイクロ構造体アレイ、及びその作製方法を提供する
ことにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段と作用】上記目的を達成す
る本発明のマイクロレンズアレイ用金型などのマイクロ
構造体アレイの作製方法は、(1)基板上に熱可塑材料層
を所望のマイクロ構造体アレイの配列に応じて所望の形
状でパターニングする工程、(2)離散状態において前記
パターニングした熱可塑材料層を熱処理にて変形させる
工程、(3)前記変形した熱可塑材料層面及び基板上に連
続膜を形成する工程、を有することを特徴とする。

【００１６】この作製方法では、前記工程（3）におい
て、前記マイクロ構造体アレイ用の配列領域内で、連続
膜は、隣接するマイクロ構造体同士が繋がりマイクロ構
造体同士間の平面部が無くなるまで容易に形成すること
ができるので、隣接するレンズなどのマイクロ構造体間
の未使用領域を容易に無くし得る。勿論、所望ならマイ
クロ構造体同士間に平面部を残すことも可能である。同
時に、隣接する熱可塑材料層同士がリフローにより接触
することがないので、表面張力により所望のマイクロ構
造体形状を保つことができなくなるという問題が解消さ
れ、歩留まりが向上する。更に、基板と熱可塑材料層に
わたりメッキ層などの連続膜を形成するので、必要なら
マイクロ構造体アレイのサイズの面内分布を小さくする
こともでき、さらに熱可塑材料層が基板に強固に固定さ
れて構造がより強固になる。

【００１７】上記の基本構成に基づいて、以下の如き、
より具体的な態様が可能である。前記工程(3)の連続膜
は、電気メッキ、無電解メッキなどのメッキないし電着
で形成され得る。電気メッキないし電着によって形成す
る場合、必要なら、前記工程(2)の後に熱可塑材料層面
上に電極層を形成して電気メッキないし電着を行なえば
よい。連続膜を無電解メッキや化学堆積法(CVD)によっ
て形成する場合、等方的な層成長がなされて、熱可塑材
料層のリフロー工程で得られた形状の曲率が容易に維持
できる。

【００１８】前記工程(1)において、パターニングした
熱可塑材料層の形状は、円柱、ライン状、四角柱や六角
柱などの多角柱などに形成され得る。また、パターニン
グした熱可塑材料層の形状は複数種形成されてもよい
し、全て同一に形成されてもよい。更に、パターニング
した熱可塑材料層は、左右、上下に等間隔で配列される
といった様に規則的に配列されてもよいし、不規則的に
配列されてもよい。これらは用途に応じて適宜決定すれ
ばよい。

【００１９】前記工程(1)において、熱可塑材料層は、
フォトレジストなどの樹脂層であったり、金属メッキ層
などであったりする。これらは、後述するように、その
材料に応じた製法で形成すればよい。また、熱可塑材料
層を形成する前に基板表面を適当に撥水処理するなどし
て、熱処理変形される熱可塑材料層の形状を適当に制御
することもできる。

【００２０】前記工程（1）において、前記マイクロ構
造体アレイ用の配列領域外のアライメントマーカー領域
にもアライメントマーカー用構造用の熱可塑材料層を形
成してもよい。これにより、適当な位置にアライメント
マーカー用構造を形成できて、アライメントマーカーを
備えるマイクロレンズアレイなどを歩留まり良く作製で
きることになる。

【００２１】また、上記マイクロ構造体アレイは、典型
的には、マイクロ構造体アレイ用金型ないしマイクロレ
ンズアレイ用金型として作製される。

【００２２】更に、上記目的を達成する本発明のマイク
ロレンズアレイ用金型などのマイクロ構造体アレイは、
基板上に、複数個、加熱リフロー処理を経て形成された
曲面形状を持つ熱可塑材料層の上に、連続膜が形成され
ていることを特徴とする。

【００２３】この構造において、熱可塑材料層は球面形
状ないし円筒面形状などを有したり、連続膜は、隣接す
るマイクロ構造体同士が繋がりマイクロ構造体同士間の
平面部が無くなるまで形成されていたりする。

【００２４】以上が本発明の基本的及びより具体的な構
成要素であり、その詳細及び作用について典型的な例に
沿って以下に更に説明する。

【００２５】典型的にはマイクロレンズアレイであるマ
イクロ構造体アレイ用の金型の作製方法の典型例を示
す。ここで、マイクロレンズないしマイクロレンズアレ
イと言う場合はマイクロ構造体を代表して指すものとす
る。当然、ここで述べることは他のマイクロ構造体アレ
イ用金型の作製方法にも適用できる。

【００２６】本発明の基板材としてはガラス、石英、セ
ラミックス、樹脂、金属、結晶材料等が使用できる。次
に、マイクロレンズアレイにおける各レンズとの配列に
応じて熱可塑材料層をパターニングする。熱可塑材料と
してはフォトレジスト、ガラス、金属等が使用できる
が、使用する基板よりも軟化点温度が低い材料を選ぶ必
要がある。

【００２７】パターニングの方法としては基板上に熱可
塑材料層を形成し、典型的には、半導体フォトリソグラ
フィーとエッチングによって所望のレンズピッチ、個数
に応じて熱可塑材料層をエッチングしパターニングす
る。ここで、熱可塑材料層にフォトレジストを用いると
エッチング工程が省略できる。また、ここで同時にアラ
イメントマーカー用のパターンも形成することができ
る。また、熱可塑材料層のパターニングをライン状に行
なえばレンチキュラーレンズ用の金型も形成することも
できる。

【００２８】その他にも、導電性基板もしくは電極層を
形成した基板上にマスク層としてフォトレジスト等をパ
ターニングし、露出した導電部にメッキ層を形成し、そ
してマスク層を除去することによってメッキ層をパター
ニングすることもできる。基板上に熱可塑材料の小滴を
所望のパターンに従って滴下する方法でもよい。

【００２９】次に、パターニングされた熱可塑材料層に
対して熱変形温度以上のリフロー工程を実行することに
よって、点在化等された熱可塑材料層は、その熱変形性
及び表面張力により略球面形状ないし円筒面形状に変形
する。ここで、基板の表面エネルギー（撥水処理により
これは小さくなり、熱可塑材料はより強く弾かれること
になる）及び熱可塑材料層の厚みを制御していれば、自
在に熱可塑材料の形状及び曲率を制御することができ
る。この状態においては、隣接する熱可塑材料のマイク
ロ構造体同士の間には平面部が存在する。

【００３０】次に、熱可塑材料のマイクロ構造体同士の
間の平面部が無くなるまで、熱可塑材料層及び基板上に
連続膜を形成する。これによって、パターニングによっ
て形成された隣接する熱可塑材料のマイクロ構造体（典
型的には、半球状である）同士の間の平面部は無くな
る。これをマイクロレンズアレイ用金型として用いれ
ば、光利用効率の高いマイクロレンズアレイが得られ
る。ここで、連続膜はメッキ層、化学堆積層(CVD層)、
真空蒸着層、電着層（電着液には、電着性有機化合物
（アニオン型電着のアクリル系酸樹脂、カチオン型電着
のエポキシ系樹脂等）の電着液がある）等の何れでもよ
い。

【００３１】連続膜のメッキ層の形成方法として電気メ
ッキを用いる場合、樹脂面等及び基板上に電極層を形成
する必要があるが、無電解メッキを用いる場合はその必
要がない。メッキにおいてはメッキ時間、メッキ温度を
制御して曲面形状を容易に制御することが可能である。
主なメッキの金属としては、単金属では、Ni,Au,Pt,Cr,
Cu,Ag,Zn等、合金では、Cu-Zn,Sn-Co,Ni-Fe,Zn-Ni等が
ある。メッキが可能な材料であれば、いずれの材料でも
用いられる。

【００３２】樹脂等の熱可塑材料のリフロー工程によっ
て得られたプロフィールの曲率を維持したいのならば、
連続膜の形成方法としては、等方的な層成長がなされる
無電解メッキ、化学堆積法などが好ましい。ここでも、
連続膜の厚みを制御することによって、自在に熱可塑材
料マイクロ構造体の形状及び曲率を制御することができ
る。

【００３３】マイクロレンズアレイ用金型は、上記マイ
クロレンズアレイ用金型マスター（原版）に金型材料を
形成した後、金型を剥離することで得られる（各部の材
料によっては、上記の構造をそのままマイクロレンズア
レイなどのマイクロ構造体アレイとして用いることもで
きる）。マイクロレンズアレイ用金型は、上記した原版
から直接形成できるために、高価な設備を必要とせず、
低コストで作製できる。剥離の方法としては、機械的に
原版と基板を剥離すれば良い。しかしながら、大判化す
ると剥離時に変形する場合がある為、基板、熱可塑材料
層、連続膜を順次裏面よりエッチング除去する方法を取
っても良い。

【００３４】連続膜上に犠牲層を設けた後に金型を形成
する場合には、犠牲層を除去することにより金型と基板
を剥離することが可能である。この場合、犠牲層をエッ
チングするエッチャントにより金型が腐蝕されないよう
な犠牲層の材料を選ぶ。犠牲層をエッチングするエッチ
ャントにより連続膜及び基板も腐蝕されない場合、連続
膜を形成した基板を原版として、複数回使用することが
可能である。原版が複数回の使用により傷、汚れ等によ
り使用できなくなった場合には、同様の方法により金型
マスターを作製すればよい。

【００３５】マイクロレンズ用金型の材料としては、連
続膜を形成した基板上に形成でき且つ剥離できるもので
あれば、樹脂、金属、絶縁体等の何れの材料も用いるこ
とができる。簡略な金型の形成方法としては、樹脂や金
属、ガラスの溶融または溶解した溶液を連続膜が形成さ
れた基板上に塗布して、これが硬化した後に、上述した
剥離の方法により剥離し形成する。この場合、金型材料
としては、基板や連続膜が合金化しない材料を選択す
る。他の方法としては、基板を陰極として連続膜上に電
極層を形成し、金型を電気メッキして形成する。犠牲層
を用いるのであれば、犠牲層上に金型用電極層を形成し
該金型用電極層を陰極として電気メッキを行う。

【００３６】さらに、上記マイクロレンズアレイ用金型
上にマイクロレンズとなる材料を形成した後、これを剥
離することにより、マイクロレンズアレイを形成するこ
とができる。これにより、低コストで且つ容易に、同一
の形状のマイクロレンズを作製することが可能となる。
マイクロレンズの材料としては、マイクロレンズ用金型
との剥離性が容易な材料が用いられる。マイクロレンズ
材料として樹脂を用いる場合は、光透過性の熱硬化樹
脂、紫外線硬化樹脂、電子線硬化樹脂等をマイクロレン
ズアレイ用金型上に塗布した後、紫外光照射、電子線照
射等により硬化させる。硬化時には、気泡が形成されな
いようにする。樹脂を塗布する場合には、脱気を行うと
良い。

【００３７】硬化後に、樹脂は金型から剥離されマイク
ロレンズアレイが形成される。マイクロレンズアレイと
なる樹脂としては、マイクロレンズを用いる受光または
発光装置が利用する光の波長領域で光透過可能な材料を
用いる。上記方法でマイクロレンズを作製する場合に
は、アルカリガラスが必須とはならず、イオン交換法と
比べて、マイクロレンズ、支持基板の材料の制限を少な
くできる。樹脂の代わりに溶融したガラスを使用すれ
ば、ガラスのマイクロレンズアレイを作製できる。

【００３８】勿論、本発明の金型は、適用可能であれ
ば、マイクロレンズアレイに限らず、どのような構造を
作製するのにも使用し得る。

【００３９】

【発明の実施の態様】以下に、図面を参照しつつ発明の
実施の態様ないし実施例を詳細に説明する。

【００４０】(第1実施例)第1実施例は、本発明によるマ
イクロレンズアレイ用金型の製造方法の第1の態様であ
る。図1から図3を用いて製造方法を説明する。

【００４１】まず、4インチφのシリコン基板1上に、フ
ッ素を有する官能基を持つシランカップリング剤で表面
処理して撥水面を形成する。次に、ポジ型レジストから
なる熱可塑材料層としての樹脂層2をスピンコートで厚
さ8μm塗布する(図1(a))。

【００４２】その後、半導体フォトリソグラフィーを用
いて円柱状レジストパターン2を、隣接するパターンと
の間隔を18μmで、1064×808個形成する(図1(b))。

【００４３】次に、その基板を150℃で15分間べ一キン
グすることによって、樹脂層2をリフローし、球面形状
を有する樹脂層2を形成する(図1(c))。この時、樹脂球
面と基板１との接触角は80度であった。

【００４４】冷却後、この基板をコンディショナー溶液
に浸けた後、パラジウム−スズのコロイドを含有するキ
ャタリスト溶液に浸し、触媒核を基板1及び樹脂2表面に
形成する。

【００４５】次に、無電解ニッケルメッキ液(S-780、日
本カニゼン社製)を用いて90℃にて無電解メッキを行な
う。無電解メッキは、メッキ層3が基板1及び樹脂2表面
上に形成されていき、隣接する球面マイクロ構造体同士
の間の平面部が無くなるまで行なう。この場合、無電解
メッキ層3は等方的に積層したため、リフロー後形成さ
れた樹脂2の曲率を保持しており、曲率半径は15μmであ
った。

【００４６】これにより1064×808個のマイクロレンズ
アレイ用金型4が得られる。(図1(d)参照)。

【００４７】次に、無電解メッキ層3上に電鋳用離型剤
を塗布することによって離型層5を形成する(図2(a))。
この基板を陰極とし、スルファミン酸ニッケルと臭化ニ
ッケルとほう酸及び光沢剤からなるNiメッキ浴を用い
て、浴温50℃、陰極電流密度5A/dm²でNi電気メッキを行
ない、電鋳層6を形成する(図2(b))。その後、基板から
電鋳層6を離型してマイクロレンズアレイ用金型7を形成
する。これにより、1064×808個のマイクロレンズアレ
イ用金型7が得られた。(図2(c)参照)。

【００４８】この金型7を用いてマイクロレンズアレイ
を作製する。マイクロレンズアレイ用金型7に紫外線硬
化樹脂を塗布後、支持基板となるガラス基板をその上に
載せる。紫外線照射により該樹脂を硬化させた後に剥離
することにより、1064×808個の凸型マイクロレンズア
レイを作製した。ここで得られた凸型マイクロレンズア
レイは、隣接するレンズ球面間に平面部が無いため、光
の未利用領域が無かった。また、レンズ球面の曲率は、
リフロー後形成された樹脂2の曲率と一致しており、レ
ンズ曲率半径は15μmであった。

【００４９】(第2実施例)本実施例は、本発明によるマ
イクロレンズアレイ用金型の製造方法の第2の態様であ
る。第1実施例と同様に、図1から図3を用いて製造方法
を説明する。

【００５０】樹脂層2がリフローされて球面形状を有す
る樹脂層2が形成されるまでは第1実施例と同じである
(図1(c)参照)。ただし、この時、樹脂球面と基板1との
接触角は85度である。この角度は第1実施例より大き
く、より半球面（このとき接触角は90度になる）に近い
ので、第1実施例の球面形状樹脂層2よりも高い樹脂層2
であることを示す。この制御は、前述した様に、基板の
表面エネルギー等を制御することで行われる。

【００５１】更に、第1実施例と同様に、冷却後、この
基板をコンディショナー溶液に浸けた後、パラジウム−
スズのコロイドを含有するキャタリスト溶液に浸し、触
媒核を基板1及び樹脂2表面に形成する。次に、無電解ニ
ッケルメッキ液(S-780、日本カニゼン社製)を用い、90
℃にて無電解メッキを行なう。無電解メッキは、メッキ
層が基板1及び樹脂2表面上に形成されていき、隣接する
球面同士の間の平面部が無くなるまで行なう。この場
合、無電解メッキ層3は等方的な積層をしたため、リフ
ロー後形成された樹脂2の曲率を保持しており、曲率半
径は14μmであった。この値は第1実施例のものより若干
小さい。これにより、1064×808個のマイクロレンズア
レイ用金型4が得られる。(図1(d)参照)。

【００５２】これ以降の工程も、第1実施例と同様に行
ない、1064×808個のマイクロレンズアレイ用金型を得
る(図2(c)参照)。

【００５３】この金型7を用いて、第1実施例と同様にマ
イクロレンズアレイを作製することにより、1064×808
個の凸型マイクロレンズアレイを作製できた。ここで得
られた凸型マイクロレンズアレイも、隣接するレンズ球
面間に平面部が無いため、光の未利用領域が無かった。
ここでも、レンズ球面の曲率はリフロー後形成された樹
脂2の曲率と一致しており、レンズ曲率半径は14μmであ
った。

【００５４】(第3実施例)第3実施例では、4インチφの
シリコン基板1上にポジ型レジストからなる樹脂層2をス
ピンコートで厚さ8μm塗布する(図1(a)参照)。

【００５５】その後、半導体フォトリソグラフィーを用
いて、隣接するパターンとの間隔を2μmで、1064×808
個の一辺16μmの正方形レジストパターンを形成する。
これと共に、その周囲の任意の位置にアライメントマー
カー用のパターンを形成する。

【００５６】次に、その基板を150℃で15分間べ一キン
グすることによって樹脂層2をリフローし、球面形状を
有する樹脂層2を形成する(図1(c)参照)。

【００５７】その上に、電子ビーム蒸着法によってクロ
ムと金を夫々50A,1000A成膜し、電極層を形成する。こ
の基板を陰極とし、硫酸ニッケルと塩化ニッケルとほう
酸及び光沢剤からなるNiメッキ沿を用いて、浴温60℃、
陰極電流密度5A/dm²でNiメッキを行なう。メッキ層3が
電極層上に形成されていき、隣接する球面同士の間の平
面部が無くなった。これにより、アライメントマーカー
用構造を有する1064×808個のマイクロレンズアレイ用
金型が得られた(図1(d)参照)。

【００５８】次に、メッキ層3上に、電鋳用離型剤を塗
布することによって離型層5を形成する(図2(a)参照)。
この基板を陰極とし、スルファミン酸ニッケルと臭化ニ
ッケルとほう酸及び光沢剤からなるNiメッキ浴を用い
て、浴温50℃、陰極電流密度5A/dm²でNi電気メッキを行
なって電鋳層6を形成する(図2(b)参照)。その後、基板
から電鋳層6を雛型しマイクロレンズアレイ用金型7を形
成する(図2(c)参照)。こうしてアライメントマーカーを
有する1064×808個のマイクロレンズアレイ用金型7が得
られた。

【００５９】ここでもマイクロレンズアレイが次の様に
作製される。マイクロレンズアレイ用金型7に紫外線硬
化樹脂を塗布後、支持基板となるガラス基板をその上に
載せる。紫外線照射により該樹脂を硬化させた後に剥離
することにより、アライメントマーカーを有する1064×
808個の凸型マイクロレンズアレイが作製できた。ここ
で得られた凸型マイクロレンズアレイも、隣接するレン
ズ球面間に平面部が無いため、光の未利用領域が無かっ
た。

【００６０】つづいて、TFT液晶基板に形成されたマー
カーに上記凸型マイクロレンズアレイのマーカーを合わ
せて貼り付けることにより、各画素に対応した位置に各
マイクロレンズを配置することができた。これらを駆動
回路に繋ぎ液晶プロジェクターとして駆動させたとこ
ろ、入射光はマイクロレンズによって集光され明るい表
示画像を得ることができた。

【００６１】(第4実施例)図1、図2、図4を用いて第4実
施例を説明する。

【００６２】第4実施例においては、まず、5インチφの
シリコン基板1上にポジ型レジストからなる樹脂層2をス
ピンコートで厚さ8μm塗布する。その後、半導体フォト
リソグラフィーを用いて、一辺16μmの正方形レジスト
パターンを、隣接するパターンとの間隔を2μmで、1064
×808個形成した領域を、同一面内に8個所1.8mm間隔で
設ける。この際、さらに貼り合わせ等の位置合わせに用
いるマーカー用の構造として、前記1064×808個領域外
の任意の位置にも、アライメントマーカー用のパターン
を形成する。

【００６３】次に、その基板を150℃で15分間べ一キン
グすることによって、樹脂層2をリフローさせ、球面形
状を有する樹脂層2を形成する。冷却後、この基板をコ
ンディショナー溶液に浸けた後、パラジウム−スズのコ
ロイドを含有するキャタリスト溶液に浸し、触媒核を基
板1及び樹脂2表面に形成する。

【００６４】次に、無電解ニッケルメッキ液(S-780、日
本カニゼン社製)を用い、90℃にて無電解メッキを行な
うことにより、メッキ層3を基板1及び樹脂2表面上に形
成させていき、隣接する球面同士の間の平面部を無くす
る。この場合、無電解メッキ層3は等方的な積層をした
ため、リフロー後形成された樹脂2の曲率を保持してい
る。これによって、アライメントマーカー用構造8と106
4×808個のパターンを同一面内に8個所有するマイクロ
レンズアレイ用金型が得られた(図4参照)。図4では、10
64×808個の各パターンの4隅にアライメントマーカー用
構造8が4個ずつ形成されている。

【００６５】次に、メッキ層3上に電鋳用離型剤を塗布
することによって雛型層5を形成する。この基板を陰極
とし、スルファミン酸ニッケルと臭化ニッケルとほう酸
及び光沢剤からなるNiメッキ浴を用いて、浴温50℃、陰
極電流密度5A/dm²でNi電気メッキを行なって電鋳層6を
形成する。その後、基板から電鋳層6を離型してマイク
ロレンズアレイ用金型7を形成する。これにより、アラ
イメントマーカー用構造8と1064×808個の半球状マイク
ロ構造体パターンを同一面内に8組所有するマイクロレ
ンズアレイ用金型が得られた。

【００６６】凸型マイクロレンズアレイは次のように作
製される。このマイクロレンズアレイ用金型に紫外線硬
化樹脂を塗布後、支持基板となるガラス基板をその上に
載せる。紫外線照射により該樹脂を硬化させた後に剥離
し、各マイクロレンズアレイに切り取ることにより、一
枚の金型から8個の凸型マイクロレンズアレイを作製す
ることができた。

【００６７】(第5実施例)図1、図2を用いて第5実施例を
説明する。第5実施例においては、まず、4インチφのシ
リコン基板1上にポジ型レジストからなる樹脂層2をスピ
ンコートで厚さ8μm塗布する。その後、半導体フォトリ
ソグラフィーを用いて、一辺16μmの正方形レジストパ
ターンを、隣接するパターンとの間隔を2μmで1064×80
8個形成したものと、一辺14μmの正方形レジストパター
ンを、隣接するパターンとの間隔を4μmで1064×808個
形成したものと、一辺12μmの正方形レジストパターン
を、隣接するパターンとの間隔を6μmで1064×808個形
成したものの3種類を同一面内に１つずつ1.8mm間隔で形
成する。

【００６８】次に、その基板を150℃で15分間べ一キン
グすることによって樹脂層2はリフローされ、球面形状
を有する樹脂層2が形成される。冷却後、この基板をコ
ンディショナー溶液に浸けた後、パラジウム−スズのコ
ロイドを含有するキャタリスト溶液に浸して、触媒核を
基板1及び樹脂2表面に形成する。

【００６９】次に、無電解ニッケルメッキ液(S-780、日
本カニゼン社製)で90℃にて無電解メッキを行なうこと
により、メッキ層3が基板1及び樹脂2表面上に形成され
ていき、隣接する球面同士の間の平面部を無くする。こ
の場合、無電解メッキ層は等方的な積層をしたため、リ
フロー後形成された樹脂2の曲率を保持していた。これ
によって、3種類の曲率を有する1064×808個のパターン
を同一面内に１つずつ有するマイクロレンズアレイ用金
型が得られた。

【００７０】次に、メッキ層3上に電鋳用離型剤を塗布
することによって雛型層5を形成する。この基板を陰極
とし、スルファミン酸ニッケルと臭化ニッケルとほう酸
及び光沢剤からなるNiメッキ浴を用いて、浴温50℃、陰
極電流密度5A/dm²でNi電気メッキを行なって電鋳層6を
形成する。

【００７１】その後、基板から電鋳層6を離型してマイ
クロレンズアレイ用金型7を形成する。これにより、3種
類の曲率を有する1064×808個のパターンを同一面内に
１つずつ有するマイクロレンズアレイ用金型が得られ
た。

【００７２】このマイクロレンズアレイ用金型に紫外線
硬化樹脂を塗布後、支持基板となるガラス基板をその上
に載せる。紫外線照射により該樹脂を硬化させた後に剥
離し、各マイクロレンズアレイに切り取ることにより、
一枚の金型から3種類の曲率を有する凸型マイクロレン
ズアレイを作製できた。

【００７３】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明により、
作製プロセス、レンズなどのマイクロ構造体の形状の制
御が容易で、各レンズ間の光の未利用領域の無い、安価
なマイクロレンズアレイ用金型などのマイクロ構造体ア
レイ、及びその作製方法を提供することができた。ま
た、一枚の基板面内に複数個または複数種のマイクロレ
ンズアレイ用金型などのマイクロ構造体アレイを形成す
ることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のマイクロレンズアレイ用金型の製造工
程の一部を示す断面図である。

【図2】本発明のマイクロレンズアレイ用金型の製造工
程の一部を示す断面図である。

【図3】本発明のマイクロレンズアレイ用金型を示す上
面図である。

【図4】本発明の第4実施例によるマイクロレンズアレイ
用金型の上面図である。

【符号の説明】

１基板 2 熱可塑材料層 3 連続膜 4 金型 5 離型層 6 電鋳層 7 金型 8 アライメントマーカー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項1】マイクロ構造体アレイの作製方法であっ
て、 (1)基板上に熱可塑材料層を所望のマイクロ構造体アレ
イの配列に応じて所望の形状でパターニングする工程、 (2)離散状態において前記パターニングした熱可塑材料
層を熱処理にて変形させる工程、 (3)前記変形した熱可塑材料層面及び基板上に連続膜を
形成する工程、を有することを特徴とするマイクロ構造体アレイの作製
方法。
【請求項2】前記工程(3)の連続膜をメッキないし電着で
形成することを特徴とする請求項1に記載のマイクロ構
造体アレイの作製方法。
【請求項3】前記工程(3) の連続膜を電気メッキによっ
て形成することを特徴とする請求項2に記載のマイクロ
構造体アレイの作製方法。
【請求項4】前記工程(2)の後、熱可塑材料層面上に電極
層を形成して電気メッキないし電着を行なうことを特徴
とする請求項2または3に記載のマイクロ構造体アレイの
作製方法。
【請求項5】前記工程(3) の連続膜を無電解メッキによ
って形成することを特徴とする請求項2に記載のマイク
ロ構造体アレイの作製方法。
【請求項6】前記工程(3) の連続膜を化学堆積法(CVD)に
よって形成することを特徴とする請求項1に記載のマイ
クロ構造体アレイの作製方法。
【請求項7】前記工程(3) の連続膜を真空蒸着によって
形成することを特徴とする請求項1に記載のマイクロ構
造体アレイの作製方法。
【請求項8】前記工程(1)において、パターニングした熱
可塑材料層の形状が円柱に形成されたものを含むことを
特徴とする請求項1から7の何れかに記載のマイクロ構造
体アレイの作製方法。
【請求項9】前記工程(1)において、パターニングした熱
可塑材料層の形状が多角柱に形成されたものを含むこと
を特徴とする請求項1から7の何れかに記載のマイクロ構
造体アレイの作製方法。
【請求項10】前記工程(1)において、パターニングした
熱可塑材料層の形状がライン状に形成されたものを含む
ことを特徴とする請求項1から7の何れかに記載のマイク
ロ構造体アレイの作製方法。
【請求項11】前記工程(1)において、パターニングした
熱可塑材料層の形状が複数種形成されることを特徴とす
る請求項1から10の何れかに記載のマイクロ構造体アレ
イの作製方法。
【請求項12】前記工程(1)において、パターニングした
熱可塑材料層の形状が全て同一に形成されることを特徴
とする請求項1から10の何れかに記載のマイクロ構造体
アレイの作製方法。
【請求項13】前記工程(1)において、パターニングした
熱可塑材料層が規則的に配列されることを特徴とする請
求項1から12の何れかに記載のマイクロ構造体アレイの
作製方法。
【請求項14】前記工程(1)において、熱可塑材料層が樹
脂層であることを特徴とする請求項1から13の何れかに
記載のマイクロ構造体アレイの作製方法。
【請求項15】前記工程(1)において、熱可塑材料層が金
属メッキ層であることを特徴とする請求項1から13の何
れかに記載のマイクロ構造体アレイの作製方法。
【請求項16】前記工程(1)において、熱可塑材料層を形
成する前に基板表面を撥水処理することを特徴とする請
求項1から15の何れかに記載のマイクロ構造体アレイの
作製方法。
【請求項17】前記工程（1）において、前記マイクロ構
造体アレイ用の配列領域外のアライメントマーカー領域
にもアライメントマーカー用構造用の熱可塑材料層を形
成することを特徴とする請求項1から16の何れかに記載
のマイクロ構造体アレイの作製方法。
【請求項18】前記工程（3）において、前記マイクロ構
造体アレイ用の配列領域内で、連続膜は、隣接するマイ
クロ構造体同士が繋がりマイクロ構造体同士間の平面部
が無くなるまで形成されることを特徴とする請求項1か
ら17の何れかに記載のマイクロ構造体アレイの作製方
法。
【請求項19】マイクロ構造体アレイはマイクロ構造体ア
レイ用金型であることを特徴とする請求項1乃至18の何
れかに記載のマイクロ構造体アレイの作製方法。
【請求項20】マイクロ構造体アレイ用金型はマイクロレ
ンズアレイ用金型であることを特徴とする請求項19に記
載のマイクロ構造体アレイの作製方法。
【請求項21】基板上に、複数個、加熱リフロー処理を経
て形成された曲面形状を持つ熱可塑材料層の上に、連続
膜が形成されていることを特徴とするマイクロ構造体ア
レイ。
【請求項22】熱可塑材料層は球面形状ないし円筒面形状
を有することを特徴とする請求項21に記載のマイクロ構
造体アレイ。
【請求項23】連続膜は、隣接するマイクロ構造体同士が
繋がりマイクロ構造体同士間の平面部が無くなるまで形
成されていることを特徴とする請求項21または22に記載
のマイクロ構造体アレイ。
【請求項24】マイクロ構造体アレイはマイクロ構造体ア
レイ用金型であることを特徴とする請求項21乃至23の何
れかに記載のマイクロ構造体アレイ。
【請求項25】マイクロ構造体アレイ用金型はマイクロレ
ンズアレイ用金型であることを特徴とする請求項24に記
載のマイクロ構造体アレイ。